设计模式学习笔记之享元模式

本贴最后更新于 1624 天前,其中的信息可能已经时过境迁

前言

这是一篇学习笔记,内容很多是来源于网上的资料,然后按照自己学习情况进行的总结,有些是自身的感受,有些是网上比较好的资料的引用。

如果有人看到我写的笔记有不对的地方欢迎留言指出来,是真的欢迎指出来,因为我可能会错很久,然后才发现。学习技术不能闭门造车,要多交流,多讨论,多思考才能成长的快,学的快。

我的个人博客:海加尔金鹰

什么是享元模式

享元模式的定义与意义

Use sharing to support large numbers of fine-grained objects efficiently.
使用共享对象可有效地支持大量的细粒度的对象。

在面向对象的过程当中,对象的创建是很常见的事情,当对象的的数量过多时,就会带来运行性能下降的问题(消耗了太多的内存)。
享元模式主要用来避免系统创建多个重复对象,达到减少内存消耗的目的。
享元对象能做到共享的关键是区分内部状态和外部状态,内部状态指的是对象创建不会在发生变化的属性,外部状态是指会发生改变的属性。
比较金典的例子说明:围棋游戏当中,存在大量的黑子和白子,每个黑子除了落点位置不同之外,其他的大小颜色都相同。通过享元模式只需要创建一个黑子对象。每次落子的时候获取到的黑子都是同一个对象,大大减少了对象的创建和销毁,提高了性能。

享元模式的结构与角色

享元模式四大角色:

  1. 抽象享元角色(Flyweight):是所有的具体享元类的基类,为具体享元规范需要实现的公共接口,非享元的外部状态以参数的形式通过方法传入。
  2. 具体享元(Concrete Flyweight)角色:实现抽象享元角色中所规定的接口。
  3. 非享元(Unsharable Flyweight)角色:是不可以共享的外部状态,它以参数的形式注入具体享元的相关方法。
  4. 享元工厂(Flyweight Factory)角色:负责创建和管理享元角色。当客户对象请求一个享元对象时,享元工厂检査系统中是否存在符合要求的享元对象,如果存在则提供给客户;如果不存在的话,则创建一个新的享元对象。1^

享元模式结构实例图:

graph LR A[Concrete Flyweight] -- 继承 --> B(Flyweight) D(Unsharable Flyweight) --设置外部状态--> B C(Flyweight Factory) --创建--> B

享元模式代码实现

享元模式两种分类:
单纯享元模式:不包含非享元角色的,所有的具体享元角色都是可以共享的。
复合享元模式:包含非享元角色,通过组合模式,为不同的单纯享元对象设置相同的外部状态。

单纯享元模式

第一步:创建享元角色类

public abstract class Flyweight {
    /**
     * location   表示位置属性,外部状态,会发生改变。
     */
    public abstract void setLocation(String location);
}

第二步:创建具体享元类,内部状态在创建对象时必须设置好。

public class ConcreteFlyweight extends Flyweight {
    //颜色   内部状态,创建后不会改变的属性
    private String color = null;

    //创建对象的时候必须设置好对象的内部状态,同时设置该构造器为protect  不允许在其他的地方创建该对象,只能通过享元工厂类创建。方便全局的管理。
    protected ConcreteFlyweight(String color){
        this.color=color;
    }

    @Override
    public void setLocation(String location) {
        // doSomething
        System.out.println("===color :" +color+"===location :"+location);
    }
}

第三步:创建享元工厂类,通过单例模式保证每次获取到的工厂类都是同一个,不然无法实现全局共享。

public class FlyweightFactory {
    /**
     * 通过工厂模式控制享元对象的生成时,
     * 必须保证每次获取到的工厂是同一个工厂,
     * 所以采用单例模式来控制工厂模式的创建。
     */
    private static FlyweightFactory instance = new FlyweightFactory();

    private FlyweightFactory() {
    }

    public static FlyweightFactory getInstance() {
        return instance;
    }

    //享元池
    private Map<String, Flyweight> flyweightMap = new HashMap<>();
 	/**
     * 单纯享元对象获取
     * @param color
     * @return
     */
    public Flyweight getFlyweight(String color) {
		// 判断享元池是否包含这个享元对象
        if (flyweightMap.containsKey(color)) {
            return flyweightMap.get(color);
        } else {
       		//如果不包含就创建一个
            Flyweight flyweight = new ConcreteFlyweight(color);
            flyweightMap.put(color, flyweight);
            return flyweight;
        }
    }
    public void showNumber(){
        System.out.println("享元池里面现在有:"+flyweightMap.size()+"个享元对象");
    }
}

第四步:创建测试类进行测试及结果

public class FlyweightTest {
    public static void main(String[] args) {
        FlyweightFactory flyweightFactory = FlyweightFactory.getInstance();
        flyweightFactory.getFlyweight("黑色").setLocation("北京");
        flyweightFactory.getFlyweight("黑色").setLocation("南京");
        flyweightFactory.getFlyweight("黑色").setLocation("西京");
        flyweightFactory.getFlyweight("黑色").setLocation("东京");
        flyweightFactory.getFlyweight("白色").setLocation("北京");
        flyweightFactory.getFlyweight("白色").setLocation("上海");
        flyweightFactory.getFlyweight("红色").setLocation("广东");
        flyweightFactory.getFlyweight("红色").setLocation("北京");
        flyweightFactory.showNumber();
    }
}
===color :黑色===location :北京
===color :黑色===location :南京
===color :黑色===location :西京
===color :黑色===location :东京
===color :白色===location :北京
===color :白色===location :上海
===color :红色===location :广东
===color :红色===location :北京
享元池里面现在有:3个享元对象

可以看到只创建了三个对象。节省了对象的创建。

复合享元模式

在单纯享元模式的代码基础上,多了一个非享元角色,主要功能是为多个不同的享元对象设置统一的外部状态。
第一步:添加非享元角色

public class UnsharableFlyweight extends Flyweight {

    //用于保存单纯享元对象
    private Map<String,Flyweight> flys = new HashMap<>();

    /**
     * 增加一个新的单纯享元对象到集合中
     * @param key 
     * @param fly 单纯享元对象
     */
    public void add(String key , Flyweight fly){
        flys.put(key,fly);
    }

    /**
     * 为所有的单纯享元对象统一设置相同的外部状态
     * @param location
     */
    @Override
    public void setLocation(String location) {
        for (String s : flys.keySet()) {
            flys.get(s).setLocation(location);
        }
    }
}

第二步:在享元工厂类当中添加创建非享元对象的方法

   	/**
     * 复合享元工厂方法
     */
    public Flyweight getUnsharableFlyweight(List<String> colors){
        UnsharableFlyweight fly= new UnsharableFlyweight();
        for(String color: colors){
            fly.add(color,this.getFlyweight(color));
        }
        return fly;
    }

第三步:创建测试类进行测试及结果

public class FlyweightTest {
    public static void main(String[] args) {
        FlyweightFactory flyweightFactory = FlyweightFactory.getInstance();
        List<String> colors = new ArrayList<>();
        colors.add("黑色");
        Flyweight flyweight1 = flyweightFactory.getUnsharableFlyweight(colors);
        Flyweight flyweight2 = flyweightFactory.getUnsharableFlyweight(colors);
        System.out.println("非享元角色是否可以共享对象:" + (flyweight1 == flyweight2));
        System.out.println("---------------------------------");
        String color = "白色";
        Flyweight fly1 = flyweightFactory.getFlyweight(color);
        Flyweight fly2 = flyweightFactory.getFlyweight(color);
        System.out.println("享元角色是否可以共享对象:" + (fly1 == fly2));
        flyweightFactory.showNumber();
    }
}
非享元角色是否可以共享对象:false
---------------------------------
享元角色是否可以共享对象:true
享元池里面现在有:2个享元对象

享元模式典型应用及总结

典型应用

可以参考 JAVA 里面的 String 类,Integer,Long 类等等。

享元模式优点

  • 可以极大减少内存中对象的数量,节约系统资源,提高系统性能。
  • 享元模式的内部状态不会改变,因此可以在不同的环境中被共享。

享元模式缺点

  • 系统代码变得复杂多样,需要分离出内部状态和外部状态。

总结:个人感觉享元模式的使用频率应该会越来越少了,毕竟享元模式的主要目的是节约内存,提高性能。但是目前硬件条件的提升,渐渐弥补了内存不足的缺点。并且如果现在一个程序要占用非常高的内存的话,需要认真考量下这个程序到底设计的有没有问题。

  • 设计模式

    设计模式(Design pattern)代表了最佳的实践,通常被有经验的面向对象的软件开发人员所采用。设计模式是软件开发人员在软件开发过程中面临的一般问题的解决方案。这些解决方案是众多软件开发人员经过相当长的一段时间的试验和错误总结出来的。

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  • 享元模式
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